KR20210107089A

KR20210107089A - 버너 및 적층 제조 방법

Info

Publication number: KR20210107089A
Application number: KR1020217023468A
Authority: KR
Inventors: 아니루다 에이 우파드혜; 마크 에이 스트로벨; 엘리자베타 와이 플로트니코프; 루크 이 하인젠
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-08-31
Also published as: EP3903030A2; WO2020136565A3; WO2020136565A2; US11898748B2; US20240133547A1; CN113260816A; US20210404652A1

Abstract

버너, 및 집속 빔을 통해 버너 몸체를 제조하는 방법이 개시된다. 일 태양에서, 버너는 (a) 버너 몸체, 및 (b) 버너 몸체에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다. 추가로, 하나 이상의 프로세서를 갖는 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체를 특정하는 데이터를 포함하는 디지털 객체를 수신하는 단계; 및 적층 제조 공정에 의해 제조 디바이스를 이용하여, 디지털 객체에 기초하여 버너 몸체를 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 버너 몸체의 3D 모델을 디스플레이하는 디스플레이; 및 사용자에 의해 선택된 3D 모델에 응답하여, 3D 프린터가 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하게 하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템이 또한 제공된다.

Description

버너 및 적층 제조 방법

본 발명은, 대체로, 버너(burner) 및 그러한 버너 또는 버너의 일부분을 제조하기 위한 적층 제조 방법(additive manufacturing method)에 관한 것이다.

화염 처리는 증가된 습윤성 및 접착력 증진을 위해 중합체 필름의 표면을 개질하는 데 사용되는 표면 개질 기술들 중 하나이다. 도 1은 흔히 사용되는 화염 처리 장치에 대한 개략도를 제공한다. 더 상세하게는, 장치(1000)는, 닙 롤(nip roll)(120) 및 냉각식 금속 배킹 롤(cooled metal backing roll)(130)을 통과하는 필름(110)을 포함하고, 배킹 롤(130) 아래에 권취된 필름(110)의 5 내지 10 밀리미터 아래에 리본 버너(ribbon burner)(140)가 배치되어, 화염(150)(예컨대 리본 버너(140) 내에 제공된 연료 및 산화제로부터 화살표의 방향으로 생성됨)을 필름(110)의 주 표면(112)으로 지향시킨다.

리본 버너는 산업적 화염 처리를 위한 단연코 가장 널리 사용되는 버너이다. 다른 가능한 버너 설계와 비교할 때, 리본 버너는 광범위한 화염 파라미터에 걸쳐 가장 안정적이고, 버너 표면의 단위 면적당 최고 화염 출력을 가능하게 한다. 전형적인 리본 버너는, 스테인리스 강의 파형 스트립(corrugated strip)을 케이싱 또는 하우징(예컨대, 버너 몸체) 내에 조밀하게 패킹하여 다소 타원형인 포트들의 행(row)을 형성함으로써 형성된다. 2000년대에 들어서, 업계에서 이용가능한 주요 리본 버너 설계는 주철, 강철, 또는 황동 하우징 내에 장착된 스테인리스 강 리본에 의해 형성된 포트들의 4개의 행을 포함하였다. 이들 4 포트 버너의 최대 화염 출력 또는 용량은 버너 길이의 약 1150 W/cm 및 버너 표면의 약 1040 W/㎠로 제한되었다. 2000년대 중반까지, 압출된 알루미늄 하우징 내에 장착된 스테인리스 강 리본으로 구성된 6 포트 버너 및 8 포트 버너가 산업용으로 이용가능하였다. 이들 버너는 최대 2300 W/cm 및 1400 W/㎠의 출력 용량을 갖는다. 포트들의 행의 총 수가 증가함에 따라, 리본 표면 온도가 증가하여, 중심 리본의 과열 및 뒤틀림을 야기하며; 이러한 요인은, 궁극적으로, 리본 버너 내의 포트들의 사용가능한 행의 수를 제한한다.

리본 버너의 단점은, 고출력에서, 화염이 덜 안정적이며, 이는 화염 처리의 감소된 크로스 웨브 균일성(cross-web uniformity)을 초래할 수 있다는 것이다.

제1 태양에서, 버너가 제공된다. 버너는 (a) 버너 몸체, 및 (b) 버너 몸체에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

제2 태양에서, 버너 몸체를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은, (a) 하위공정으로서, (i) 성긴 분말 입자의 층을 일정 구역 내에 침착시키는 단계 - 성긴 분말 입자는 금속 입자를 포함하고, 성긴 분말 입자의 층은 실질적으로 균일한 두께를 가짐 -; 및 (ii) 성긴 분말 입자의 층의 영역을 집속 빔에 의한 조사에 의해 선택적으로 처리하여 금속 입자를 함께 접합시키는 단계를 순차적으로 포함하는, 상기 하위공정을 포함하는 순차적 단계들을 포함한다. 본 방법은 (b) 단계 (a)를 복수 회 독립적으로 수행하여, 접합된 분말 입자 및 나머지 성긴 분말 입자를 포함하는 버너 몸체를 생성하는 단계 - 각각의 단계 (a)에서, 성긴 분말 입자는 독립적으로 선택됨 - 를 추가로 포함한다. 본 방법은, 또한, (c) 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부를 버너 몸체로부터 분리시키는 단계를 포함한다.

제3 태양에서, 비일시적 기계 판독가능 매체가 제공된다. 비일시적 매체는, 3D 프린터와 인터페이싱하는 하나 이상의 프로세서에 의해 액세스될 때, 3D 프린터가 버너 몸체의 전부 또는 일부를 생성하게 하는, 버너 몸체의 3차원 모델을 나타내는 데이터를 갖는다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

제4 태양에서, 다른 방법이 제공된다. 본 방법은 (a) 비일시적 기계 판독가능 매체로부터, 버너 몸체의 3D 모델을 나타내는 데이터를 검색하는 단계; (b) 하나 이상의 프로세서에 의해, 데이터를 사용하여 제조 디바이스와 인터페이싱하는 3D 인쇄 애플리케이션을 실행하는 단계; 및 (c) 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하는 단계를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

제5 태양에서, 제4 태양의 방법을 사용하여 생성되는 버너 몸체가 제공된다.

제6 태양에서, 버너 몸체를 형성하는 추가의 방법이 제공된다. 본 방법은 (a) 하나 이상의 프로세서를 갖는 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 복수의 층을 특정하는 데이터를 포함하는 디지털 객체를 수신하는 단계; 및 (b) 적층 제조 공정에 의해 제조 디바이스를 이용하여, 디지털 객체에 기초하여 버너 몸체를 생성하는 단계를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

제7 태양에서, 시스템이 제공된다. 본 시스템은 (a) 버너 몸체의 3D 모델을 디스플레이하는 디스플레이; 및 (b) 사용자에 의해 선택된 3D 모델에 응답하여, 3D 프린터가 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하게 하는 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

적층 제조 공정을 사용하여 제조된 버너는 고출력에서 화염을 안정시킬 수 있는 정밀한 버너 포트 치수로 제조될 수 있으며, 이는 화염 처리의 크로스 웨브 균일성을 개선할 수 있고, 재료를 더 높은 처리 속도로 화염 처리하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 더 복잡한 버너 설계가 전통적인 버너 형성 방법(예컨대, 용접, 기계가공 등)을 사용하는 것보다 적층 제조를 통해 더 쉽게 생성되어, 냉각 챔버 및 가열 요소와 같은 특징부를 버너 내에 용이하게 통합시킬 수 있다.

상기 개요는 본 발명의 태양의 각각의 실시 형태 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것이 아니다. 다양한 실시 형태의 세부사항은 하기 상세한 설명에 기술되어 있다. 다른 특징, 목적 및 이점은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용뿐만 아니라 첨부된 청구범위로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 리본 버너를 포함하는, 종래 기술에 따른 화염 처리 장치의 개략적인 측단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따라 제조가능한, 냉각 챔버를 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 부분 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 예시적인 버너 몸체의 다른 개략적인 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조가능한, 가열 요소를 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 부분 사시 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 버너 몸체의 내부 부분의, 2차 전자 이미징(secondary electron imaging)을 사용한 SEM 이미지이다.
도 5는 종래 기술에 따른 버너 몸체의 내부 부분의 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 버너 몸체를 제조하는 방법의 개략적인 공정 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조가능한, 각각 굽힘부를 갖는 2개의 부분을 구비한 통로를 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 사시 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조가능한, 비대칭 패턴의 포트들을 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 사시도이다.
도 9a는 본 발명에 따라 제조가능한, 둥근 직사각형 형상을 갖는 포트를 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 평면도이다.
도 9b는 본 발명에 따라 제조가능한, 별 형상을 갖는 포트를 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 평면도이다.
도 9c는 본 발명에 따라 제조가능한, 포트들의 10개의 행을 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 평면도이다.
도 10은 본 발명에 따라 제조가능한, 정사각형 형상을 갖는 포트를 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 평면도이다.
도 11a는 본 발명에 따라 제조가능한, 버너 몸체의 예시적인 포트 구조물의 평면도이다.
도 11b는 본 발명에 따라 제조가능한, 버너 몸체의 다른 예시적인 포트 구조물의 평면도이다.
도 11c는 본 발명에 따라 제조가능한, 버너 몸체의 추가의 예시적인 포트 구조물의 평면도이다.
도 12는 물품의 적층 제조를 위한 일반화된 시스템(1200)의 블록도이다.
도 13은 물품에 대한 일반화된 제조 공정의 블록도이다.
도 14는 예시적인 물품 제조 공정의 고레벨 흐름도이다.
도 15는 예시적인 물품 적층 제조 공정의 고레벨 흐름도이다.
도 16은 예시적인 컴퓨팅 디바이스(1600)의 개략적인 정면도이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복되는 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 도면들은 축척대로 도시되지 않을 수 있다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수 있다.

본 발명은 금속 버너, 및 금속 버너를 제조하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 금속을 기계가공하고 용접함으로써 제조하는 것이 불가능한 독특한 형상을 제조할 수 있는 것과 같은, 전통적인 방법에 비해 이점을 갖는 적층 제조 방법을 포함한다.

용어 해설

대부분은 잘 알려져 있지만 어떤 설명을 필요로 할 수 있는 소정의 용어가 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 하기가 이해되어야 한다:

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "합금"은 2가지 이상의 금속 원소를 조합함으로써 제조되는 금속을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "니켈 합금"은 니켈 및 하나 이상의 다른 금속 원소를 포함하는 합금을 의미하며, 따라서 "니켈 크롬 합금"뿐만 아니라 "니켈 크롬 철 합금"을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "성분"은 원소, 화합물, 중합체, 종, 또는 재료를 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "연료"는 연소될 때 열 또는 동력을 생성하는 성분을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "산화제"는 연소 공정 동안 다른 성분의 산화를 야기하는 성분을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "비산화제(non-oxidizer)"는 연소 공정 동안 임의의 다른 성분의 산화를 야기하지 않는 성분을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "불연성 물질(non-combustible)"은 연소 반응에서 주 관여물(major participant)이 아닌 성분을 의미하지만, 그 성분은 연소에 의해 물리적으로(예컨대, (연화, 용융, 증발, 또는 승화와 같은) 상태의 변화 또는 (구상화 또는 응집과 같은) 형상의 변화) 및/또는 화학적으로(예컨대, (알파로부터 감마로의 변환과 같은) 화학적 상의 변화, 유리로의 변환, 핵화, 결정화, 또는 화학적 분해 및/또는 합성) 영향을 받을 수 있다. "주 관여물"이란 그 성분이 연소 반응에 관여하는 총 성분의 50 부피%(vol.%) 초과를 차지한다는 것을 의미하며, 따라서 주 관여물이 아닌 성분은 연소 반응에 관여하는 총 성분의 50 부피% 미만, 40 부피% 이하, 30 부피% 이하, 20 부피% 이하, 또는 10 부피% 이하를 차지한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "통로"는 길이 대 직경의 종횡비가 1:2 이상, 1:1, 2:1, 3:1, 5:1, 7:1, 10:1, 25:1, 50:1, 또는 100:1 이상인, 적어도 하나의 벽에 의해 한정되는 공간을 의미한다. 적합한 통로가 튜브에 의해 제공될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "포트"는 버너 몸체와 같은 물품의 주 표면에 의해 한정되는, 통로의 개방 단부를 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "챔버"는 하나 이상의 벽에 의해 한정되는 둘러싸인 공간 또는 공동을 의미한다. 챔버는, 전형적으로, 챔버에 대한 재료의 접근을 위한 적어도 하나의 개구를 갖는다.

본 명세서 및 첨부된 실시 형태에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 그 내용이 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "금속"을 함유하는 층에 대한 언급은 2가지 이상의 금속의 혼합물을 포함한다. 본 명세서 및 첨부된 실시 형태에서 사용되는 바와 같이, 용어 "또는"은 일반적으로 그 내용이 명백히 달리 지시하지 않는다면 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 언급은 그 범위 내에 포함되는 모든 수를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 및 5를 포함함).

달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 실시 형태에 사용되는 양 또는 성분, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 실시 형태의 목록에 기재된 수치 파라미터는 본 발명의 교시 내용을 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 최소한으로, 그리고 청구된 실시 형태의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.

이제 본 발명의 다양한 예시적인 실시 형태가 특히 도면을 참조하여 기술될 것이다. 본 발명의 예시적인 실시 형태는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태가 하기에 기술된 예시적인 실시 형태로 한정되어서는 안 되고 청구범위 및 임의의 그 등가물에 기재된 제한에 의해 좌우되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

제1 태양에서, 버너가 제공된다. 버너는 (a) 버너 몸체, 및 (b) 버너 몸체에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다. 적합한 커넥터는, 예를 들어, 스크류 및 나사 커넥터, 및/또는 용접, 압축 피팅(compression fitting), 나사형 커넥터를 통해, 또는 적층 제조 공정 동안 버너 몸체와 일체로 형성됨으로써 버너 몸체에 부착되는 파이프 또는 튜브를 포함한다.

더 상세하게는, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 예시적인 버너(2000)는 (a) 버너 몸체(200), 및 (b) 버너 몸체(200)에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터(290)를 포함한다. 버너 몸체(200)는 복수의 통로(210); 제1 주 표면(220); 제1 주 표면(220)에 있는 복수의 포트(230) - 각각의 포트(230)는 통로들(210) 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 복수의 통로들(210) 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버(240)를 포함한다. 전형적으로, 통로들(210) 중 하나 이상의 통로는 튜브(211)의 형상을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 통로는 2개 이상의 통로로 분할된다. 소정 실시 형태에서, 2개 이상의 통로가 하나의 통로로 조합된다. 다시 도 2a를 참조하면, 일부 실시 형태에서, 커넥터(290)는, 적어도 연료 및 산화제가 그를 통해 통로(210) 내로 펌핑되어 통로 개구(212)를 통해 들어갈 수 있게 하는 챔버의 형태이다. 예시된 실시 형태에서, 커넥터(290)는 연료 및 산화제 공급원을 커넥터(290)에 부착하기 위한 개구부(292)를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 냉각 챔버는 버너 몸체 내에 존재한다. 선택적으로, 냉각 챔버(240)는 버너 몸체(200)의 반대편 주 표면(250)보다 버너 몸체(200)의 제1 주 표면(220)에 더 가깝게 위치된다. 그러한 위치는 버너 몸체(200)의 제1 주 표면(220)에서 포트(230)에 고정된 화염에 가장 가까운 영역에 냉각을 제공하는 것을 돕는다. 냉각 챔버(240)는, 바람직하게는, 복수의 통로들(210) 중 3개 이상, 4개 이상, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 12개, 15개, 20개, 25개, 30개, 35개, 40개, 45개, 50개, 또는 그 초과의 통로; 및 최대 모든 통로를 둘러싼다. 하나 이상의 냉각 챔버를 사용하는 것의 이점은, 단지 1개 또는 2개의 통로에 인접한 냉각 채널을 사용하는 것과는 대조적으로, 더 많은 통로가 동일한 챔버에 의해 냉각될 수 있다는 것이다. 따라서, 이러한 냉각 챔버 설계는 냉각 공정에 어느 정도의 간단함을 제공할 수 있다.

도 3을 참조하면, 다른 예시적인 버너(3000)는 (a) 버너 몸체(300), 및 (b) 버너 몸체(300)에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터(390)를 포함한다. 버너 몸체(300)는 복수의 통로(310); 제1 주 표면(320); 제1 주 표면(320)에 있는 복수의 포트(330) - 각각의 포트(330)는 통로들(310) 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 복수의 통로들(310) 중 적어도 하나의 통로의 벽(315)의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들(310) 중 적어도 하나의 통로에 인접한 적어도 하나의 가열 요소(380)를 포함한다. 가열 요소(380)는 버너 몸체를 형성할 때 적층 제조 공정을 통해 하나 이상의 통로(310)의 벽, 즉 통로(310)의 내부 벽 또는 도 3에 도시된 바와 같이 외부 벽(315)에 쉽게 부착될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 가열 요소는 버너 몸체 내에 존재한다. 선택적으로, 가열 요소(들)는 금속, 세라믹, 및/또는 가열 유체(예컨대, 오일)를 포함한다. 가열 요소가 금속을 포함할 때, 금속은 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽과는 상이한 열 전도율을 갖는다. 소정 실시 형태에서, 가열 요소는 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽에 직접 부착된다. 열 전달을 증가시키기 위한 특정 구조물(예컨대, 단지 통로 벽에 의해 전달될 것보다 더 많은 열을 전달하는 것을 돕기 위한 개별 포스트(post))이 포함될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가열 요소는 적어도 하나의 가열 코일을 포함한다. 가열 요소에 사용하기에 적합한 금속은, 예를 들어, 은, 구리, 금, 스테인리스 강, 니켈, 및 니켈 합금을 포함한다.

흔히, 버너 몸체의 금속은 강철 또는 니켈 합금, 바람직하게는 니켈 크롬 합금을 포함한다. 적합한 금속은, 예를 들어 그리고 제한 없이, 스테인리스 강, 티타늄 합금, 니켈 합금, 니켈 크롬 합금, 또는 니켈 크롬 철 합금을 포함한다. 구매가능한 스테인리스 강은 샌드빅 오스프레이(Sandvik Osprey)(영국 니스 소재)로부터 상표명으로 입수될 수 있다. 예시적인 구매가능한 니켈 크롬 합금 및 니켈 크롬 철 합금은 아메리칸 스페셜 메탈즈, 코포레이션(American Special Metals, Corp.)으로부터 상표명 인코넬(INCONEL)로 입수될 수 있다. 특정 합금은 인코넬 합금(INCONEL Alloy) 600(예컨대, 니켈(+코발트): 최소 72 중량%, 크롬: 14 내지 17 중량%, 철: 6 내지 10 중량%, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 601(예컨대, 니켈: 58 내지 63 중량%, 크롬: 15 내지 21 중량%, 알루미늄: 1 내지 1.5 중량%, 철: 잔부, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 22(예컨대, 크롬: 22 내지 22.5 중량%, 몰리브덴: 12.5 내지 14.5 중량%, 텅스텐: 3 중량%, 철: 2 내지 6 중량%, 코발트: 최대 2.5 중량%, 니켈: 잔부, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 617(예컨대, 니켈: 최소 44.5 중량%, 크롬: 20 내지 24 중량%, 코발트: 10 내지 15 중량%, 몰리브덴: 8 내지 10 중량%, 철: 최대 3 중량%, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 625(예컨대, 니켈: 최소 58 중량%, 크롬: 20 내지 23 중량%, 철: 최대 5 중량%, 몰리브덴: 8 내지 10 중량%, 니오븀(+탄탈륨): 최대 3.15 내지 4.15 중량%, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 690(예컨대, 니켈: 최소 58 중량%, 크롬: 27 내지 31 중량%, 및 철: 7 내지 11 중량%, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 718(예컨대, 니켈: 50 내지 55 중량%, 크롬: 17 내지 21 중량%, 니오븀(+탄탈륨): 4.75 내지 5.5 중량%, 몰리브덴: 2.8 내지 3.3 중량%, 철: 잔부, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 725(예컨대, 니켈: 55 내지 59 중량%, 크롬: 19 내지 22.5 중량%, 몰리브덴: 7 내지 9.5 중량%, 니오븀(+탄탈륨): 2.75 내지 4 중량%, 철: 잔부, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 X-750(예컨대, 니켈: 최소 70 중량%, 크롬: 14 내지 17 중량%, 철: 5 내지 9 중량%, 티타늄: 2.25 내지 2.75 중량%, 및 소량의 다른 원소); 인코넬 합금 C-276(예컨대, 몰리브덴: 15 내지 17 중량%, 크롬: 14.5 내지 16.5 중량%, 철: 4 내지 7 중량%, 텅스텐: 3 내지 4.5 중량%, 니켈: 잔부, 및 소량의 다른 원소); 및 인코넬 합금 HX(예컨대, 크롬: 20.5 내지 23 중량%, 코발트: 0.5 내지 2.5 중량%, 철: 17 내지 20 중량%, 몰리브덴: 8 내지 10 중량%, 니켈: 잔부, 및 소량의 다른 원소)를 포함한다.

일부 실시 형태에서는, 버너 몸체만이 적층 제조에 의해 형성될 것인 반면, 다른 실시 형태에서는, 버너 또는 버너 시스템의 하나 이상의 추가의 요소가 원하는 대로 적층 제조에 의해 형성될 것이다. 별개의 조합가능한 구성요소가 형성되고 조립될 수 있거나, 또는 다수의 구성요소가 적층 제조를 통해 일체로 형성될 수 있다(예컨대, 버너 몸체와 커넥터). 소정 실시 형태에서, 나사형 커넥터를 위한 파일럿 구멍(pilot hole)이 적층 제조에 의해 형성될 수 있고, 뒤이어 적층 제조 공정 후에 파일럿 구멍 내에 나사를 기계적으로 추가할 수 있다.

버너 및/또는 버너 몸체의 적층 제조를 사용하여 다양한 설계 특징부가 쉽게 달성가능하다. 예를 들어, 도 7을 참조하면, 일부 실시 형태에서, 버너(7000)는, 복수의 통로들(710b) 중 적어도 하나의 통로가, 각각 굽힘부를 갖는 적어도 하나의 부분(713), 바람직하게는 각각 굽힘부를 갖는 적어도 2개의 부분(713, 715)(예컨대, "S자" 형상을 형성함)을 포함하는 버너 몸체(700)를 포함한다. 동일한 버너 몸체(700) 내의 다른 통로(710a)는 직선형일 수 있다(예컨대, 하나 이상의 굽힘부가 없을 수 있음). 일부 실시 형태에서, 커넥터(790a)를 통해 통로(710a)에 공급되는 연료 및 산화제와는 상이한 적어도 하나의 성분과 같은 하나 이상의 성분을 통로(710b)에 공급하도록 구성되는 별개의 커넥터(790b)가 제공될 수 있다. 소정 실시 형태에서, 버너 몸체는 제1 주 표면(720)에 수직인 표면 상에 곡선 또는 단차형 형상(760)을 포함한다. 통로 내의 하나 이상의 굽힘부 및/또는 하나 이상의 곡선 또는 단차형 형상을 제공하는 능력은 본 발명에 따른 예시적인 버너 몸체에 대한 추가의 설계 자유를 제공한다.

버너 몸체의 제1 주 표면 상에 복수의 포트를 배치하는 설계는 특별히 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 포트들의 위치는 일정 패턴을 형성한다. 도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 선택된 실시 형태에서, 제1 주 표면에서의 복수의 포트의 패턴은 대칭이다. 도 8을 참조하면, 다른 실시 형태에서, 제1 주 표면(820)에서의 복수의 포트(830)의 패턴은 비대칭이다. 도 8에 도시된 바와 같은 하나의 예시적인 패턴은 기재의 더 많은 화염 처리(예를 들어, 천공)가 요구되는 적어도 하나의 위치에서 더 높은 밀도의 포트를 그리고 기재의 더 적은 화염 처리가 요구되는 적어도 하나의 위치에서 더 낮은 밀도의 포트를 포함할 수 있다.

전형적으로, 버너 몸체의 제1 주 표면은 포트들의 2개 이상의 행, 포트들의 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 또는 10개 이상의 행, 및 바람직하게는 포트들의 8개 초과의 행을 포함한다. 예를 들어, 도 9c는 포트들의 10개의 행을 포함하는 예시적인 버너 몸체의 개략적인 평면도이다. 포트들의 행의 수는 안정적인 화염이 포트 상에 고정되는 최대 화염 출력을 좌우한다. 상기 최대 화염 출력보다 높은 출력에서, 화염은 불안정하고, 버너 표면으로부터 리프트 오프(lift-off)된다. 예를 들어, 포트들의 6개의 행을 갖는 리본 버너에 대한 최대 화염 출력은 (리본의 주축을 따른) 버너 길이의 15,000 BTU/hr-in.인 반면; 포트들의 8개의 행을 갖는 리본 버너에 대한 최대 화염 출력은 버너 길이의 20,000 BTU/hr-in.이다. 더 높은 화염 출력에서 작동하는 것은 화염 처리에 대한 더 빠른 처리 속도를 허용한다. 포트들의 8개 초과의 행을 갖는 리본 버너 설계는 고출력(> 20,000 BTU/hr-in.)에서 사용가능하지 않은데, 그 이유는 이들 출력에서, 중간 포트에 연결된 통로가 과열되며, 이는 포트들의 상이한 행 내에서의 불균일한 포트 구조를 초래하기 때문이다. 대조적으로, 본 발명에 따른 소정 실시 형태의 경우에, 통로를 둘러싸는 냉각 챔버 때문에, 중간 통로의 과열이 회피되어, 그에 따라, 포트들의 8개 초과의 행을 갖는 버너의 사용을 허용할 수 있다.

포트들 각각의 형상은, 적층 제조의 설계 유연성으로 인해, 특별히 제한되지 않는다. 화염을 고정시킬 수 있는 임의의 형상이 고려된다. 예를 들어, 도 8 내지 도 10 및 도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 포트는 각각 원형 형상(도 8, 도 9c, 도 11a, 및 도 11b), 타원형 형상(도 11c), 직사각형 형상(예컨대, 정사각형, 도 10), 둥근 직사각형 형상(도 9a), 또는 별 형상(도 9b)을 갖는다. 게다가, 소정 실시 형태에서, 포트에서 끝나는 통로는 포트와 동일한 형상을 가질 수 있다(예컨대, 통로는 둥근 직사각형의 단면 기하학적 구조를 가질 수 있고, 둥근 직사각형의 형상을 갖는 포트에서 끝날 수 있음). 이들 형상의 임의의 조합이 하나의 버너 몸체에 대해 채용될 수 있다. 그러나, 리본 버너에서는, 전형적으로 타원형 포트가 쉽게 채용된다.

일부 실시 형태에서, 통로는 각각 일정 길이 및 일정 직경을 가지며, 여기에서 직경은 통로들 각각의 길이 전체에 걸쳐 일정하다. 일정한 직경은, 예를 들어 미립자 물질이 가스(또는 가스 혼합물) 내에 포함되고 통로를 통해 유동될 때 유용할 수 있다.

본 발명에 따른 버너는 화염을 지지하도록 설계되어, 그에 따라 사용 시에 통로를 통해 적어도 연료 및 산화제를 통과시켜 화염(들)을 형성할 것이다. 적합한 연료는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 프로판, 천연 가스, 및 수소를 포함한다. 적합한 산화제는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 공기 및 산소를 포함한다. 버너에 사용하기 위한 이들 재료 및 다른 재료의 위치(들)는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 적어도 연료와 산화제의 혼합물이 제1 통로 내에 배치되고, 이러한 혼합물은 제1 통로를 통해 제1 포트로 유동한다. 일부 실시 형태에서, 연료가 제1 통로 내에 배치되고, 산화제가 제2 통로 내에 배치되며, 연료는 제1 통로를 통해 제1 포트로 유동하고, 산화제는 제2 통로를 통해 제2 포트로 유동한다.

소정 실시 형태에서, 불연성 및/또는 비산화제 성분이 제3 통로 내에 배치되고, 불연성 성분은 제3 통로를 통해 제3 포트로 유동한다. 선택된 실시 형태에서, 비산화제 및/또는 불연성 성분은 제1 통로, 제2 통로, 또는 둘 모두 내에 배치된다. 적합한 불연성 성분은, 예를 들어 그리고 제한 없이, 세라믹 재료, 가스, 예를 들어 질소, 아르곤 및 염소, 및 금속유기 재료를 포함한다. 적합한 비산화제 성분은, 예를 들어 그리고 제한 없이, 촉매, NH₃ 가스, 유기 증기, 탄화수소, 및 금속을 포함한다. 소정 성분은 불연성 및 비산화제 둘 모두인 성분, 예를 들어 세라믹, 금속 산화물, 및 가스, 예를 들어 질소, 아르곤, 헬륨이며, 여기에서 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 복수의 금속 층을 포함한다.

(예컨대, 층별 방식으로) 적층 제조를 사용하여 형성되는 복수의 금속 층을 포함하는 버너 몸체는 "스캘러핑(scalloping)" 아티팩트(artefact)의 형성에 의해 표시된다. 도 4를 참조하면, 금속 버너의 일부분이 1,500x 배율의 주사 전자 현미경 이미지로 도시되어 있다. 금속 버너는 적층 제조 빌드 층에 수직으로 파단되었으며, 이미지 내의 불규칙한(예컨대, 대체로 편장형인) 윤곽(410)이 스캘러핑 아티팩트이다. 이러한 스캘러핑은 전통적인 방법에 의해 제조된, 예컨대 파형 금속의 스택으로 형성된 금속 리본 버너와는 대조적이다. 예를 들어, 도 5는 도 4의 금속 버너가 파단된 방향으로부터 90도 회전된 방향으로 파단된 금속 리본 버너의 1,500x 배율의 SEM 이미지이다. 리본 버너에는 스캘러핑이 존재하지 않는다.

이론에 의해 구애되고자 함이 없이, 금속 입자로부터의 금속 버너의 층별 적층 제조 동안, 집속 빔으로부터의 열이 금속 입자들 중 일부를 용융시켜 용융 풀(molten pool)을 형성하며, 이는 그의 열의 일부를 용융 풀 바로 아래의 고체 금속으로 전달하고, 그 아래의 고체 금속의 일부를 용융시켜, 층간 접착을 일으키는 것으로 여겨진다. 용융 풀이 고화될 때, 금속 결정립(metal grain)은 결정립마다 상이할 수 있는 소정 배향으로 고화된다. 변화하는 배향은 스캘러핑으로 나타날 수 있다. 적층 제조에 의한 형성과는 대조적으로, 용융물로부터 균일하게 주조 및 고화된 금속 잉곳(metal ingot)이 시트로 압연된 다음에 파형 형상으로 스탬핑될 때, 결정립 구조는 훨씬 더 균일하며, 금속의 상이한 구역이 상이한 시간에 용융물로부터 고화되었다는 것을 나타내는 어떠한 아티팩트도 존재하지 않는다.

유리하게는, 본 발명에 따른 방법은 다른 방법에 의해 쉽게 또는 용이하게 제조될 수 없는 다양한 금속 버너 몸체를 제조하기에 적합하다. 예를 들어, 접합되지 않은 성긴 분말의 제거를 위해 버너 몸체 외부로의 개구가 존재하는 한 내부 공극의 포함이 가능하다. 따라서, 구불구불하고/하거나 아치형인 경로를 갖는 냉각 챔버가 본 발명의 방법을 사용하여 쉽게 제조될 수 있다. 냉각 챔버는 버너 몸체의 외부로 개방된다. 일부 실시 형태에서, 이들은 단일 개구를 가지지만, 보다 전형적으로, 이들은 2개 이상의 개구들을 갖는다. 버너의 사용 동안 생성된 열을 제거하기 위해 냉각 매체(예컨대, 공기, 물 또는 유체)가 냉각 챔버(들)를 통해 순환한다.

본 발명에 따른 금속 버너 몸체를 제조하는 방법은 통상적인 적층 하위공정을 포함한다. 하위공정은 (필수는 아닐지라도) 순차적으로, 바람직하게는 연속적으로 적어도 세 단계를 수행하는 단계를 포함한다. 따라서, 제2 태양에서, 금속 버너 몸체를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 하기의 순차적 단계들, 즉:

a) 하위공정으로서,

i) 성긴 분말 입자의 층을 일정 구역 내에 침착시키는 단계 - 성긴 분말 입자는 금속 입자를 포함하고, 성긴 분말 입자의 층은 실질적으로 균일한 두께를 가짐 -; 및

ii) 성긴 분말 입자의 층의 영역을 집속 빔에 의한 조사에 의해 선택적으로 처리하여 금속 입자를 함께 접합시키는 단계를 순차적으로 포함하는, 상기 하위공정;

b) 단계 a)를 복수 회 독립적으로 수행하여, 접합된 분말 입자 및 나머지 성긴 분말 입자를 포함하는 버너 몸체를 생성하는 단계 - 각각의 단계 a)에서, 성긴 분말 입자는 독립적으로 선택됨 -; 및

c) 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부를 버너 몸체로부터 분리시키는 단계를 포함한다.

게다가, 본 방법은, 선택적으로, d) 예를 들어 열 처리를 이용하여, 버너 몸체를 후처리하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 버너 몸체를 1100℃로 가열하고, 1시간 동안 유지시키며, 이어서 버너 몸체를 다시 실온으로 또는 열간 등압 프레싱 작업을 사용하여 노 냉각시키는 것과 같은 많은 열 처리 옵션이 적합할 것이다.

도 6은 금속 버너 몸체를 제조하는데 사용되는 예시적인 적층 제조 공정(100)을 개략적으로 도시한다. 제1 단계에서, 가동 피스톤(122a)을 갖는 분말 챔버(120a)로부터의 성긴 분말 입자(110)의 층(138)이 가동 피스톤(122b)을 갖는 분말 챔버(120b) 내의 일정 구역(140) 내에 침착된다. 소정 실시 형태에서, 성긴 분말 입자는 금속 입자를 포함한다. 도 6에 도시된 실시 형태에서, 구역은 한정된 구역이지만, 성긴 분말 입자들이 한정된 구역 내에 배치될 필요는 없다. 예를 들어, 성긴 분말 입자의 마운드(mound)가 입자의 마운드의 면적보다 더 큰 구역 내에 배치될 수 있다.

층(138)은 실질적으로 균일한 두께이어야 한다. 예를 들어, 층의 두께는 변동될 수 있고, 예컨대, 50 마이크로미터 이하, 40 마이크로미터 이하, 30 마이크로미터 이하, 20 마이크로미터 이하, 또는 10 마이크로미터 이하일 수 있다. 층은, 집속 빔이 그가 인가되는 모든 성긴 분말을 결합시킬 수 있는 한, 최대 약 200 마이크로미터의 임의의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 층의 두께는 약 10 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터, 더 바람직하게는 약 10 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터, 10 μm 내지 약 40 μm, 또는 10 마이크로미터 내지 30 마이크로미터이다.

미세한 해상도를 달성하기 위해, 성긴 분말 입자는, 바람직하게는, 400 마이크로미터 이하, 바람직하게는 250 마이크로미터 이하, 더 바람직하게는 200 마이크로미터 이하, 더 바람직하게는 150 마이크로미터 이하, 100 마이크로미터 이하, 또는 심지어 80 마이크로미터 이하의 최대 크기를 갖도록 (예컨대, 스크리닝(screening)에 의해) 크기설정되지만, 더 큰 크기가 또한 사용될 수 있다. 적합한 최소 크기는 10 마이크로미터, 20 마이크로미터, 또는 30 마이크로미터이다. 금속 입자 및 임의의 선택적인 추가의 미립자 성분은 동일하거나 상이한 최대 입자 크기, D₉₀, D₅₀ 및/또는 D₁₀ 입자 크기 분포 파라미터를 가질 수 있다.

분말을 개선시키는 방법에는 응집, 분무 건조, 가스 또는 수 분무, 화염 형성, 과립화, 밀링(milling) 및 체질(sieving)이 포함된다.

다음으로, 집속 빔(170)이 층(138)의 미리 결정된 구역(들)(180) 상으로 지향된다. 전형적으로, 집속 빔(170)은 에너지 공급원(160)을 미러(150)와 결합시킴으로써 제공된다. 소정 실시 형태에서, 미러(150)는 갈보 거울 스캐너(galvo mirror scanner)이다. 레이저 공급원과 e-빔 공급원 둘 모두는 에너지 빔을 방출할 수 있다. 적합한 에너지 공급원(160)에는, 예를 들어 그리고 제한 없이, 파이버 레이저(fiber laser), CO₂ 레이저, 디스크 레이저, 및 고체상 레이저가 포함되며, 적합한 e-빔(예를 들어, 전자 빔)이 상표명 Arcam Q10plus, Arcam Q20plus, 및 Arcam A2(스웨덴, 몬달 소재의 아르캠 AB(Arcam AB))로 입수가능하다.

다시 도 6을 참조하면, 집속 빔(170)(단계(190))은, 예를 들어 금속 입자의 선택적 금속 소결 또는 선택적 레이저 용융에 의해, 성긴 분말 입자의 적어도 하나의 미리결정된 구역 내의 성긴 분말 입자를 함께 접합시켜 접합된 분말 입자의 층을 형성한다.

이어서, 미리결정된 설계에 따라 빔이 집속되는 구역에 변화를 가하면서 위의 단계들이 반복을 통해 층층이 반복되어 3차원(3-D) 물품을 생성한다(단계(185)). 각각의 반복마다, 성긴 분말 입자는 독립적으로 선택될 수 있다; 즉, 성긴 분말 입자는 인접한 침착된 층들의 입자와 동일하거나 상이할 수 있다.

본 발명을 실시하기에 적합한 적층 제조 장비는, 예를 들어, 리얼라이저 게엠베하(ReaLizer GmbH)(독일 보르헨 소재)로부터, 에오스 게엠베하 일렉트로 옵티컬 시스템즈(EOS GmbH Electro Optical Systems)(독일 크레일링 소재)로부터, 또는 3D 시스템즈(3D Systems)(사우스 캐롤라이나주 록 힐 소재)로부터, 또는 트럼프(Trumpf)(독일 디칭엔 소재)로부터 구매가능하다.

버너 몸체는 접합된 분말 입자 및 나머지 성긴 분말 입자와, 버너 몸체가 제조되고 있을 때 버너 몸체에 기계적 및/또는 열적 지지를 제공하는 데 필요한 임의의 지지 구조물을 포함한다. 일단 버너 몸체를 형성하기에 충분한 반복이 수행되었으면, 그는 바람직하게는 적층 제조 장비로부터 제거되고, 바람직하게는 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부(예컨대, 적어도 85%, 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 95%, 및 더 바람직하게는 적어도 99%)로부터 분리된다.

원하는 경우, 각각 상이한 분말을 함유하는 다수의 입자 저장소가 사용될 수 있다. 마찬가지로, 공통 에너지 공급원으로부터, 또는 바람직하게는 별개의 에너지 공급원들을 통해 다수의 상이한 집속 빔들이 사용될 수 있다. 본 방법은, 유리하게는, 추가의 처리를 필요로 하지 않는 유용한 금속 버너 몸체를 제공할 수 있다.

일부 실시 형태에서, (예컨대, 비일시적) 기계 판독가능 매체가 본 발명의 적어도 소정의 태양에 따른 버너 몸체의 적층 제조에 채용된다. 데이터는 전형적으로 기계 판독가능 매체에 저장된다. 데이터는 버너 몸체의 3차원 모델, 또는 서로 위에 적층될 때 3차원 모델을 포함하는 일련의 2차원 모델을 나타내며, 이는 적층 제조 장비(예컨대, 3D 프린터, 제조 디바이스 등)와 인터페이싱하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서에 의해 액세스될 수 있다. 이러한 데이터는 적층 제조 장비가 버너 몸체를 생성하게 하는 데 사용된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "3차원 모델"은 3가지 치수를 갖는 하나의 모델, 및 서로 위에 적층되어 3차원 모델을 제공하는, 2가지 치수를 각각 갖는 2개 이상의 모델 둘 모두를 지칭한다.

버너 몸체를 나타내는 데이터는 컴퓨터 이용 설계(CAD) 데이터와 같은 컴퓨터 모델링을 사용하여 생성될 수 있다. 버너 몸체 설계를 나타내는 이미지 데이터는 STL 포맷으로 또는 임의의 다른 적합한 컴퓨터 처리가능 포맷으로 적층 제조 장비로 보내질 수 있다. 3차원 객체를 스캐닝하기 위한 스캐닝 방법이, 또한, 버너 몸체를 나타내는 데이터를 생성하는 데 채용될 수 있다. 데이터를 획득하기 위한 하나의 예시적인 기법은 디지털 스캐닝이다. X-선 방사선촬영(X-ray radiography), 레이저 스캐닝, 컴퓨터 단층촬영(computed tomography, CT), 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI) 및 초음파 영상(ultrasound imaging)을 포함하는 임의의 다른 적합한 스캐닝 기법이 물품을 스캐닝하기 위해 사용될 수 있다. 다른 가능한 스캐닝 방법이, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2007/0031791호(시나더, 주니어(Cinader, Jr.) 등)에 기재되어 있다. 스캐닝 작업으로부터의 원시 데이터, 및 원시 데이터로부터 도출된 물품을 나타내는 데이터 둘 모두를 포함할 수 있는 초기 디지털 데이터 세트는 임의의 주위 구조물(예컨대, 버너 몸체를 위한 지지부)로부터 버너 몸체 설계를 세그먼트화하도록 처리될 수 있다.

종종, 기계 판독가능 매체는 컴퓨팅 디바이스의 일부로서 제공된다. 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 프로세서, 휘발성 메모리(RAM), 기계 판독가능 매체를 판독하기 위한 디바이스, 및 디스플레이, 키보드, 및 포인팅 디바이스와 같은 입력/출력 디바이스를 가질 수 있다. 추가로, 컴퓨팅 디바이스는 운영 체제 및 기타 애플리케이션 소프트웨어와 같은, 기타 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합을 또한 포함할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는, 예를 들어, 워크스테이션, 랩톱, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 서버, 메인프레임 또는 임의의 다른 범용 또는 전용 컴퓨팅 디바이스일 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 하드 드라이브, CD-ROM, 또는 컴퓨터 메모리)로부터 실행가능 소프트웨어 명령어를 판독할 수 있거나, 다른 네트워크화된 컴퓨터와 같은, 컴퓨터에 논리적으로 접속된 다른 소스로부터 명령어를 수신할 수 있다.

도 16을 참조하면, 컴퓨팅 디바이스(1600)는, 흔히, 내부 프로세서(1680), 디스플레이(1610)(예컨대, 모니터), 및 하나 이상의 입력 디바이스, 예를 들어 키보드(1640) 및 마우스(1620)를 포함한다. 도 16에서, 버너 몸체(1630)가 디스플레이(1610) 상에 나타나 있다.

도 12를 참조하면, 소정 실시 형태에서, 본 발명은 시스템(1200)을 제공한다. 시스템(1200)은 물품(예컨대, 도 16의 디스플레이(1210) 상에 나타나 있는 바와 같은 버너 몸체(1230))의 3D 모델(1210)을 디스플레이하는 디스플레이(1220); 및 사용자에 의해 선택된 3D 모델(1210)에 응답하여, 3D 프린터/적층 제조 디바이스(1250)가 물품(1260)의 물리적 객체를 생성하게 하는 하나 이상의 프로세서(1230)를 포함한다. 흔히, 특히 사용자가 3D 모델(1210)을 선택하기 위해, 입력 디바이스(1240)(예컨대, 키보드 및/또는 마우스)가 디스플레이(1220) 및 적어도 하나의 프로세서(1230)와 함께 채용된다. 버너 몸체(1260)는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

도 13을 참조하면, 프로세서(1320)(또는 하나 초과의 프로세서)는 기계 판독가능 매체(1310)(예컨대, 비일시적 매체), 3D 프린터/적층 제조 디바이스(1340), 및 선택적으로, 사용자에 의한 관찰을 위한 디스플레이(1330) 각각과 통신한다. 3D 프린터/적층 제조 디바이스(1340)는 물품(1350)(즉, 도 16의 디스플레이(1310) 상에 나타나 있는 바와 같은 버너 몸체(1330)와 같은 버너 몸체)의 3D 모델을 나타내는 데이터를 기계 판독가능 매체(1310)로부터 제공하는 프로세서(1320)로부터의 명령어에 기초하여 하나 이상의 물품(1350)을 제조하도록 구성된다.

도 14를 참조하면, 예를 들어 그리고 제한 없이, 적층 제조 방법은, (예컨대, 비일시적) 기계 판독가능 매체로부터, 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 물품(즉, 버너 몸체)의 3D 모델을 나타내는 데이터를 검색하는 단계(1410)를 포함한다. 본 방법은, 하나 이상의 프로세서에 의해, 데이터를 사용하여 제조 디바이스와 인터페이싱하는 적층 제조 애플리케이션을 실행하는 단계(1420); 및 제조 디바이스에 의해, 물품의 물리적 객체를 생성하는 단계(1430)를 추가로 포함한다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 지지부 제거, 열 처리, 폴리싱(polishing), 및 파일럿 구멍의 스레딩(threading)과 같은 하나 이상의 다양한 선택적인 후처리 단계(1440)가 수행될 수 있다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 적층 제조 방법은, (예컨대, 비일시적) 기계 판독가능 매체로부터, 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 따른 버너 몸체의 3D 모델을 나타내는 데이터를 검색하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 하나 이상의 프로세서에 의해, 데이터를 사용하여 제조 디바이스와 인터페이싱하는 적층 제조 애플리케이션을 실행하는 단계; 및 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하는 단계를 추가로 포함한다. 적층 제조 장비는 컴퓨터화된 설계 명령어들의 세트에 따라 분말 입자(예컨대, 금속 입자)를 선택적으로 접합시켜 원하는 버너 몸체를 생성할 수 있다.

소정 실시 형태에서, 버너 몸체를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 하나 이상의 프로세서를 갖는 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 복수의 층을 특정하는 데이터를 포함하는 디지털 객체를 수신하는 단계; 및 적층 제조 공정에 의해 제조 디바이스를 이용하여, 디지털 객체에 기초하여 버너 몸체를 생성하는 단계를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

추가적으로, 도 15를 참조하면, 물품(즉, 버너 몸체)을 제조하는 방법은, 하나 이상의 프로세서를 갖는 제조 디바이스에 의해, 물품의 복수의 층을 특정하는 데이터를 포함하는 디지털 객체를 수신하는 단계(1510); 및 적층 제조 공정에 의해 제조 디바이스를 이용하여, 디지털 객체에 기초하여 물품을 생성하는 단계(1520)를 포함한다. 다시, 물품은 하나 이상의 후처리 단계(1530)를 거칠 수 있다.

본 발명의 선택된 실시 형태

실시 형태 1은 버너이다. 버너는 (a) 버너 몸체, 및 (b) 버너 몸체에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

실시 형태 2는 실시 형태 1의 버너로서, 버너 몸체는 금속의 결정립들의 복수의 열(column)을 포함하는, 버너이다.

실시 형태 3은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2의 버너로서, 냉각 챔버가 존재하고, 냉각 챔버는 버너 몸체의 반대편 주 표면보다 버너 몸체의 제1 주 표면에 더 가깝게 위치되는, 버너이다.

실시 형태 4는 실시 형태 1 내지 실시 형태 3 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 냉각 챔버가 존재하고, 냉각 챔버는 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로를 둘러싸는, 버너이다.

실시 형태 5는 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 제1 주 표면은 포트들의 2개 이상의 행, 바람직하게는 포트들의 8개 초과의 행을 포함하는, 버너이다.

실시 형태 6은 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로는, 각각 굽힘부를 갖는 적어도 하나의 부분, 바람직하게는 각각 굽힘부를 갖는 적어도 2개의 부분을 포함하는, 버너이다.

실시 형태 7은 실시 형태 1 내지 실시 형태 6 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 버너 몸체는 제1 주 표면에 수직인 표면 상에 곡선 또는 단차형 형상을 포함하는, 버너이다.

실시 형태 8은 실시 형태 1 내지 실시 형태 7 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 제1 주 표면에서의 복수의 포트의 패턴은 대칭인, 버너이다.

실시 형태 9는 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 제1 주 표면에서의 복수의 포트의 패턴은 비대칭인, 버너이다.

실시 형태 10은 실시 형태 1 내지 실시 형태 9 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 금속은 강철 또는 니켈 합금, 바람직하게는 니켈 크롬 합금을 포함하는, 버너이다.

실시 형태 11은 실시 형태 1 내지 실시 형태 10 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 적어도 하나의 가열 요소가 존재하고, 적어도 하나의 가열 요소는 금속, 세라믹, 또는 가열 유체를 포함하는, 버너이다.

실시 형태 12는 실시 형태 1 내지 실시 형태 11 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 적어도 하나의 가열 요소가 존재하고, 적어도 하나의 가열 요소는 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽과는 상이한 열 전도율을 갖는 금속을 포함하는, 버너이다.

실시 형태 13은 실시 형태 1 내지 실시 형태 12 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 적어도 하나의 가열 요소가 존재하고, 적어도 하나의 가열 요소는 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽에 직접 부착되는, 버너이다.

실시 형태 14는 실시 형태 1 내지 실시 형태 13 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 복수의 포트들 중 적어도 하나의 포트는 원형 형상을 갖는, 버너이다.

실시 형태 15는 실시 형태 1 내지 실시 형태 14 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 복수의 포트들 중 적어도 하나의 포트는 타원형 형상을 갖는, 버너이다.

실시 형태 16은 실시 형태 1 내지 실시 형태 15 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 복수의 포트들 중 적어도 하나의 포트는 직사각형 형상, 둥근 직사각형 형상, 또는 별 형상으로부터 선택되는 형상을 갖는, 버너이다.

실시 형태 17은 실시 형태 1 내지 실시 형태 16 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 복수의 통로는 일정 길이 및 일정 직경을 갖고, 직경은 복수의 통로들 각각의 길이 전체에 걸쳐 일정한, 버너이다.

실시 형태 18은 실시 형태 1 내지 실시 형태 17 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 적어도 연료와 산화제의 혼합물이 제1 통로 내에 배치되는 것을 추가로 포함하고, 혼합물은 제1 통로를 통해 제1 포트로 유동하는, 버너이다.

실시 형태 19는 실시 형태 1 내지 실시 형태 18 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 연료가 제1 통로 내에 배치되고 산화제가 제2 통로 내에 배치되는 것을 추가로 포함하며, 연료는 제1 통로를 통해 제1 포트로 유동하고, 산화제는 제2 통로를 통해 제2 포트로 유동하는, 버너이다.

실시 형태 20은 실시 형태 1 내지 실시 형태 19 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 불연성 및/또는 비산화제 성분이 제3 통로 내에 배치되는 것을 추가로 포함하고, 불연성 성분은 제3 통로를 통해 제3 포트로 유동하는, 버너이다.

실시 형태 21은 실시 형태 1 내지 실시 형태 20 중 어느 한 실시 형태의 버너로서, 비산화제 및/또는 불연성 성분이 제1 통로, 제2 통로, 또는 둘 모두 내에 배치되는 것을 추가로 포함하는, 버너이다.

실시 형태 22는 실시 형태 1 내지 실시 형태 21 중 어느 한 실시 형태의 버너 몸체를 제조하는 방법이다. 본 방법은, (a) 하위공정으로서, (i) 성긴 분말 입자의 층을 일정 구역 내에 침착시키는 단계 - 성긴 분말 입자는 금속 입자를 포함하고, 성긴 분말 입자의 층은 실질적으로 균일한 두께를 가짐 -; 및 (ii) 성긴 분말 입자의 층의 영역을 집속 빔에 의한 조사에 의해 선택적으로 처리하여 금속 입자를 함께 접합시키는 단계를 순차적으로 포함하는, 상기 하위공정을 포함하는 순차적 단계들을 포함한다. 본 방법은 (b) 단계 (a)를 복수 회 독립적으로 수행하여, 접합된 분말 입자 및 나머지 성긴 분말 입자를 포함하는 버너 몸체를 생성하는 단계 - 각각의 단계 (a)에서, 성긴 분말 입자는 독립적으로 선택됨 - 를 추가로 포함한다. 본 방법은, 또한, (c) 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부를 버너 몸체로부터 분리시키는 단계를 포함한다.

실시 형태 23은 실시 형태 22의 방법으로서, 금속 입자는 강철 또는 니켈 합금, 바람직하게는 니켈 크롬 합금, 더 바람직하게는 니켈 크롬 철 합금을 포함하는, 방법이다.

실시 형태 24는 비일시적 기계 판독가능 매체이다. 비일시적 매체는, 3D 프린터와 인터페이싱하는 하나 이상의 프로세서에 의해 액세스될 때, 3D 프린터가 버너 몸체를 생성하게 하는, 버너 몸체의 3차원 모델을 나타내는 데이터를 갖는다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

실시 형태 25는 방법이다. 본 방법은 (a) 비일시적 기계 판독가능 매체로부터, 버너 몸체의 3D 모델을 나타내는 데이터를 검색하는 단계; (b) 하나 이상의 프로세서에 의해, 데이터를 사용하여 제조 디바이스와 인터페이싱하는 3D 인쇄 애플리케이션을 실행하는 단계; 및 (c) 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하는 단계를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

실시 형태 26은 실시 형태 25의 방법을 사용하여 생성되는 버너 몸체이다.

실시 형태 27은 버너 몸체를 형성하는 방법이다. 본 방법은 (a) 하나 이상의 프로세서를 갖는 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 복수의 층을 특정하는 데이터를 포함하는 디지털 객체를 수신하는 단계; 및 (b) 적층 제조 공정에 의해 제조 디바이스를 이용하여, 디지털 객체에 기초하여 버너 몸체를 생성하는 단계를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

실시 형태 28은 실시 형태 27의 방법으로서, 적층 제조 공정은, (a) 하위공정으로서, (i) 성긴 분말 입자의 층을 일정 구역 내에 침착시키는 단계 - 성긴 분말 입자는 금속 입자를 포함하고, 성긴 분말 입자의 층은 실질적으로 균일한 두께를 가짐 -; 및 (ii) 성긴 분말 입자의 층의 영역을 집속 빔에 의한 조사에 의해 선택적으로 처리하여 금속 입자를 함께 접합시키는 단계를 순차적으로 포함하는, 상기 하위공정을 포함하는 순차적 단계들을 포함하는, 방법이다. 본 방법은 (b) 단계 (a)를 복수 회 독립적으로 수행하여, 접합된 분말 입자 및 나머지 성긴 분말 입자를 포함하는 버너 몸체를 생성하는 단계 - 각각의 단계 (a)에서, 성긴 분말 입자는 독립적으로 선택됨 - 를 추가로 포함한다. 본 방법은, 또한, (c) 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부를 버너 몸체로부터 분리시키는 단계를 포함한다.

실시 형태 29는 실시 형태 28의 방법으로서, c) 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부를 버너 몸체로부터 분리시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법이다.

실시 형태 30은 시스템이다. 본 시스템은 (a) 버너 몸체의 3D 모델을 디스플레이하는 디스플레이; 및 (b) 사용자에 의해 선택된 3D 모델에 응답하여, 3D 프린터가 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하게 하는 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 버너 몸체는 (1) 복수의 통로; (2) 제1 주 표면; (3) 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및 (4a) 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는 (4b) 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함한다. 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 다수의 금속 층을 포함한다.

본 발명의 목적 및 이점이 하기의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예

달리 언급되거나 문맥으로부터 명백하지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 실시예에서: ^℃ = 섭씨 온도, g = 그램, min = 분, mm = 밀리미터, 그리고 rpm = 분당 회전수이다.

실시예

식

[식 1]

[식 2]

17-4 PH 스테인리스 강 분말(영국 니스 소재의 샌드빅 오스프레이) 및 ProX DMP 200 프린터(미국 사우스 캐롤라이나주 록 힐 소재의 3D 프린팅 시스템즈(3D printing Systems))를 사용하여 CAD 도면으로부터 버너 몸체를 제조하였다. 1070 nm의 파장, 2500 mm/초의 레이저 속도, 및 240 W의 출력을 갖는 파이버 레이저를 사용하여 30 마이크로미터의 층 높이 및 50 마이크로미터의 해치 간격(hatch spacing)으로 버너 몸체를 인쇄하였다.

실시예 1

인쇄된 버너 몸체는 상부 벽 표면 및 저부 벽 표면(외부 치수: x 방향으로 10.3 cm, y 방향으로 1.9 cm)과 연결 측벽 표면(외부 치수: y 방향으로 1.9 cm, z 방향으로 2.2 cm)을 갖는 직사각형 프레임의 형태였다. 표면은 두께가 약 2 mm였다. 프레임의 내부를, 통로의 역할을 하고 상부 표면 및 저부 표면 둘 모두 상의 개방 구멍 포트에서 종단되는 296개의 중공 튜브로 구성하였다. 각각의 통로 및 대응하는 포트 개구는 통로 전체에 걸쳐 일정한, 1.57 mm의 내경을 갖는 원형 단면을 가졌다. 각각의 튜브 벽의 두께는 0.3 mm였다. 통로를 각각의 행이 (x 방향을 따라 이격된) 37개의 통로를 포함하는 상태의 8개의 행의 대칭 패턴으로 배열하였다. 각각의 행 내에서, 행 내의 각각의 포트의 중심간 간격은 2.6 mm였다. 인접한 행 내의 제1 통로를, 행 1, 3, 5, 및 7 내의 대응하는 통로(및 포트)가 서로 선형 정렬되고 행 2, 4, 6, 및 8 내의 대응하는 통로(및 포트)가 서로 선형 정렬되도록 간격의 반만큼 오프셋시켰다. 인접한 행의 포트들 사이의 가장 가까운 거리(중심간)는 2.1 mm였다.

인쇄된 버너 몸체를 알루미늄 버너 매니폴드의 개구 내에 고정시켰으며, 알루미늄 버너 매니폴드는 인쇄된 버너 몸체를 수용하는, 개구 바로 아래에 위치된 내부 공동(치수: x 방향으로 9.8 cm, y 방향으로 3.9 cm, z 방향으로 2.8 cm)을 가졌다. 인쇄된 버너 몸체를 저부 표면 상의 포트가 내부 공동을 향하고 그와 유체 연통하도록 개구 내에 배향시켰다. 매니폴드의 공동을 매니폴드의 측벽 내에 위치된 구리 튜브 피팅(1.9 cm의 직경)을 통해 연료 공급원에 연결하였다. 연료는 압축 가스 실린더로 공급되는 프로판이었다. 산화제는 압축 공기였다. 프로판 가스 및 공기 유량을 휴대용 가스 제어기 유닛을 사용하여 버너에 공급하였다. 니들 밸브(needle valve) 및 가스 유량계를 사용하여 프로판 및 공기 유량을 조정하였다. 버너에 대한 작동 조건이 표 1에 제시되어 있다.

실시예 2

인쇄된 버너 몸체는 상부 벽 표면 및 저부 벽 표면(외부 치수: x 방향으로 10.3 cm, y 방향으로 1.9 cm)과 연결 측벽 표면(외부 치수: z 방향으로 2.2 cm, y 방향으로 1.9 cm)을 갖는 직사각형 프레임의 형태였다. 표면은 두께가 약 2 mm였다. 프레임의 내부를, 통로의 역할을 하고 상부 표면 및 저부 표면 둘 모두 상의 개방 구멍 포트에서 종단되는 296개의 중공 튜브로 구성하였다. 각각의 통로 및 대응하는 포트 개구는 통로 전체에 걸쳐 일정한, 1.31 mm의 내경을 갖는 원형 단면을 가졌다. 각각의 튜브 벽의 두께는 0.3 mm였다. 통로를 각각의 행이 (x 방향을 따라 이격된) 37개의 통로를 포함하는 상태의 8개의 행의 대칭 패턴으로 배열하였다. 각각의 행 내에서, 행 내의 각각의 포트의 중심간 간격은 2.6 mm였다. 인접한 행 내의 제1 통로를, 행 1, 3, 5, 및 7 내의 대응하는 통로(및 포트)가 서로 선형 정렬되고 행 2, 4, 6, 및 8 내의 대응하는 통로(및 포트)가 서로 선형 정렬되도록 간격의 반만큼 오프셋시켰다. 인접한 행의 포트들 사이의 가장 가까운 거리(중심간)는 2.1 mm였다.

인쇄된 버너 몸체를 알루미늄 버너 매니폴드의 개구 내에 고정시켰으며, 알루미늄 버너 매니폴드는 인쇄된 버너 몸체를 수용하는, 개구 바로 아래에 위치된 내부 공동(치수: x 방향으로 9.8 cm, y 방향으로 3.9 cm, z 방향으로 2.8 cm)을 가졌다. 인쇄된 버너 몸체를 저부 표면 상의 포트가 내부 공동을 향하고 그와 유체 연통하도록 개구 내에 배향시켰다. 매니폴드의 공동을 매니폴드의 측벽 내에 위치된 구리 튜브 피팅(1.9 cm의 직경)을 통해 연료 공급원에 연결하였다. 이러한 가연성 혼합물을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 공급하였다. 버너에 대한 작동 조건이 표 1에 제시되어 있다.

실시예 3

인쇄된 버너 몸체는 상부 벽 표면 및 저부 벽 표면(외부 치수: x 방향으로 10.3 cm, y 방향으로 1.9 cm)과 연결 측벽 표면(외부 치수: z 방향으로 2.2 cm, y 방향으로 1.9 cm)을 갖는 직사각형 프레임의 형태였다. 표면은 두께가 약 2 mm였다. 프레임의 내부를, 통로의 역할을 하고 상부 표면 및 저부 표면 둘 모두 상의 개방 구멍 포트에서 종단되는 296개의 중공 튜브로 구성하였다. 각각의 통로 및 대응하는 포트 개구는 통로 전체에 걸쳐 일정한 타원형 단면(내부 치수: 1.64 mm의 장축 및 1.05 mm의 단축)을 가졌다. 각각의 튜브 벽의 두께는 0.3 mm였다. 통로를 각각의 행이 (x 방향을 따라 이격된) 37개의 통로를 포함하는 상태의 8개의 행의 대칭 패턴으로 배열하였다. 포트를 각각의 포트의 장축이 X 방향으로 정렬되게 하도록 배향시켰다. 각각의 행 내에서, 행 내의 각각의 포트의 중심간 간격은 2.6 mm였다. 인접한 행 내의 제1 통로를, 행 1, 3, 5, 및 7 내의 대응하는 통로(및 포트)가 서로 선형 정렬되고 행 2, 4, 6, 및 8 내의 대응하는 통로(및 포트)가 서로 선형 정렬되도록 간격의 반만큼 오프셋시켰다. 인접한 행의 포트들 사이의 가장 가까운 거리(중심간)는 2.1 mm였다.

[표 1]

실시예 4

인쇄된 버너 몸체를 알루미늄 버너 매니폴드의 개구 내에 고정시켰으며, 알루미늄 버너 매니폴드는 인쇄된 버너 몸체를 수용하는, 개구 바로 아래에 위치된 내부 공동(치수: x 방향으로 9.8 cm, y 방향으로 3.9 cm, z 방향으로 2.8 cm)을 가졌다. 인쇄된 버너 몸체를 저부 표면 상의 포트가 내부 공동을 향하고 그와 유체 연통하도록 개구 내에 배향시켰다. 매니폴드의 공동을 매니폴드의 측벽 내에 위치된 구리 튜브 피팅(1.9 cm의 직경)을 통해 파이로실(PYROSIL) GVE2 HB 이산화규소 코팅 디바이스(독일 예나 소재의 수라 인스트루먼츠 게엠베하(SURA Instruments GmbH))에 연결하였다. 코팅 디바이스는 파이로실 규소 함유 전구체 재료와 액화 연료(수라 인스트루먼츠 게엠베하)의 혼합물을 각각 함유하는 2개의 가압된 캐니스터(canister)를 포함하였다. 캐니스터를 온/오프 밸브 및 압력 게이지를 갖는 가스 유동 조립체에 부착하였다. 가스 유동 조립체를 빠져나가는 튜브를 버너에 연결하였다. 작동 시에, 파이로실 가스를 함유하는 안정적인 화염이 관찰되었다.

본 명세서가 소정의 예시적인 실시 형태를 상세히 기재하고 있지만, 당업자라면 전술한 내용을 이해할 때 이들 실시 형태에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 안출할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 따라서, 본 발명이 상기에 기재된 예시적인 실시 형태로 부당하게 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다.

특허증을 위한 상기 출원에서의 모든 인용된 참고 문헌, 특허, 및 특허 출원은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 포함되는 참고 문헌과 본 출원의 부분들 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 전술한 설명에서의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구되는 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 주어진 전술한 설명은, 청구범위 및 그에 대한 모든 등가물에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims

버너로서,
a) 버너 몸체 - 상기 버너 몸체는:
1) 복수의 통로;
2) 제1 주 표면;
3) 상기 제1 주 표면에 있는 복수의 포트로서, 각각의 포트는 상기 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정되는, 상기 복수의 포트; 및
4a) 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는
4b) 상기 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함하고,
상기 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 복수의 금속 층을 포함함 -; 및
b) 상기 버너 몸체에 적어도 연료 및 산화제를 공급하도록 구성되는 적어도 하나의 커넥터를 포함하는, 버너.
제1항에 있어서, 상기 버너 몸체는 금속의 결정립(grain)들의 복수의 열(column)을 포함하는, 버너.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 챔버가 존재하고, 상기 냉각 챔버는 상기 버너 몸체의 반대편 주 표면보다 상기 버너 몸체의 제1 주 표면에 더 가깝게 위치되는, 버너.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 챔버가 존재하고, 상기 냉각 챔버는 상기 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로를 둘러싸는, 버너.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주 표면은 포트들의 8개 이상의 행(row)을 포함하는, 버너.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주 표면에서의 상기 복수의 포트의 패턴은 비대칭인, 버너.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속은 강철 또는 니켈 합금, 바람직하게는 니켈 크롬 합금을 포함하는, 버너.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소가 존재하고, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 금속, 세라믹, 또는 가열 유체를 포함하는, 버너.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소가 존재하고, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 상기 복수의 통로들 중 상기 적어도 하나의 통로의 벽에 직접 부착되는, 버너.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 버너 몸체를 제조하는 방법으로서,
a) 하위공정으로서,
i) 성긴 분말 입자의 층을 일정 구역 내에 침착시키는 단계 - 상기 성긴 분말 입자는 금속 입자를 포함하고, 상기 성긴 분말 입자의 층은 실질적으로 균일한 두께를 가짐 -; 및
ii) 상기 성긴 분말 입자의 층의 영역을 집속 빔에 의한 조사에 의해 선택적으로 처리하여 금속 입자를 함께 접합시키는 단계를 순차적으로 포함하는, 상기 하위공정;
b) 단계 a)를 복수 회 독립적으로 수행하여, 접합된 분말 입자 및 나머지 성긴 분말 입자를 포함하는 버너 몸체를 생성하는 단계 - 각각의 단계 a)에서, 상기 성긴 분말 입자는 독립적으로 선택됨 -; 및
c) 상기 나머지 성긴 분말 입자의 실질적으로 전부를 상기 버너 몸체로부터 분리시키는 단계를 순차적으로 포함하는, 방법.
3D 프린터와 인터페이싱하는 하나 이상의 프로세서에 의해 액세스될 때, 상기 3D 프린터가 버너 몸체를 생성하게 하는, 상기 버너 몸체의 3차원 모델을 나타내는 데이터를 갖는 비일시적 기계 판독가능 매체로서, 상기 버너 몸체는:
1) 복수의 통로;
2) 제1 주 표면;
3) 상기 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 상기 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및
4a) 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는
4b) 상기 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함하며,
상기 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 복수의 금속 층을 포함하는, 비일시적 기계 판독가능 매체.
방법으로서,
비일시적 기계 판독가능 매체로부터, 버너 몸체의 3D 모델을 나타내는 데이터를 검색하는 단계 - 상기 버너 몸체는:
1) 복수의 통로;
2) 제1 주 표면;
3) 상기 제1 주 표면에 있는 복수의 포트로서, 각각의 포트는 상기 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정되는, 상기 복수의 포트; 및
4a) 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는
4b) 상기 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함하고,
상기 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 복수의 금속 층을 포함함 -;
하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 데이터를 사용하여 제조 디바이스와 인터페이싱하는 3D 인쇄 애플리케이션을 실행하는 단계; 및
상기 제조 디바이스에 의해, 상기 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항의 방법을 사용하여 생성되는 버너 몸체.
버너 몸체를 형성하는 방법으로서,
하나 이상의 프로세서를 갖는 제조 디바이스에 의해, 버너 몸체의 복수의 층을 특정하는 데이터를 포함하는 디지털 객체를 수신하는 단계 - 상기 버너 몸체는:
1) 복수의 통로;
2) 제1 주 표면;
3) 상기 제1 주 표면에 있는 복수의 포트로서, 각각의 포트는 상기 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정되는, 상기 복수의 포트; 및
4a) 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는
4b) 상기 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함하고,
상기 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 복수의 금속 층을 포함함 -; 및
적층 제조 공정에 의해 상기 제조 디바이스를 이용하여, 상기 디지털 객체에 기초하여 상기 버너 몸체를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
시스템으로서,
버너 몸체의 3D 모델을 디스플레이하는 디스플레이; 및
사용자에 의해 선택된 상기 3D 모델에 응답하여, 3D 프린터가 상기 버너 몸체의 물리적 객체를 생성하게 하는 하나 이상의 프로세서를 포함하고, 상기 버너 몸체는:
1) 복수의 통로;
2) 제1 주 표면;
3) 상기 제1 주 표면에 있는 복수의 포트 - 각각의 포트는 상기 통로들 중 하나의 통로의 단부에 의해 한정됨 -; 및
4a) 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로의 벽의 온도를 증가시키는, 상기 복수의 통로들 중 적어도 하나의 통로 내에 있거나 그에 인접한 적어도 하나의 가열 요소; 또는
4b) 상기 복수의 통로들 중 3개 이상의 통로에 바로 인접한 냉각 챔버를 포함하며,
상기 버너 몸체는 서로 직접 접합되는 복수의 금속 층을 포함하는, 시스템.